РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ Онтогенез — индивидуальное

РОСТ И РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ

Онтогенез - индивидуальное развитие организма от зиготы или вегетативного зачатка до естественной смерти В ходе онтогенеза реализуется наследственная информация организма – его генотип – в конкретных условиях окружающей среды, в результате чего формируется фенотип, то есть совокупность всех признаков и свойств данного индивидуального организма Развитие – это качественные изменения в структуре и функциональной активности растения и его частей в процессе онтогенеза Возникновение качественных различий между клетками, тканями и органами получило название дифференцировки Рост – необратимое увеличение размеров и массы клетки, органа или всего организма, обусловленное новообразованием элементов их структур

Особенности роста клеток Эмбриональная фаза или митотический цикл клетки делится на два периода: собственно деление клетки (2 -3 ч) период между делениями – интерфаза (15 -20 ч)

Особенности роста клеток Фаза растяжения Под действием ауксина активируется транспорт протонов в клеточную стенку, она разрыхляется, ее упругость повышается и становится возможным дополнительное поступление воды в клетку. Происходит рост клеточной стенки из-за включения в ее состав пектиновых веществ и целлюлозы. Микрофибриллы целлюлозы синтезируются на наружной поверхности плазмалеммы. Увеличение размеров растущей клетки происходит за счет образования большой центральной вакуоли и формирования органелл цитоплазмы. В конце фазы растяжения усиливается лигнификация клеточных стенок, что снижает ее упругость и проницаемость, накапливаются ингибиторы роста, повышается активность оксидазы ИУК, снижающей содержание ауксина в клетке.

Особенности роста клеток Фаза дифференцировки клетки Тотипотентность - каждая клетка растения содержит в своем геноме полную информацию о развитии всего организма и может дать начало формированию целого растения Находясь в составе организма, эта клетка будет реализовать только часть своей генетической информации Сигналами для экспрессии только определенных генов служат сочетания фитогормонов, метаболитов и физико-химических факторов

Особенности роста клеток Фаза зрелости Клетка выполняет те функции, которые заложены в ходе ее дифференцировки

Особенности роста клеток Старение и смерть клетки При старении клеток происходит ослабление синтетических и усиление гидролитических процессов В органеллах и цитоплазме образуются автофагические вакуоли, разрушаются хлорофилл и хлоропласты, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, ядрышко, набухают митохондрии, в них снижается число крист, вакуолизируется ядро Гибель клетки становится необратимой после разрушения клеточных мембран, в том числе и тонопласта, выхода содержимого вакуоли и лизосом в цитоплазму. Старение и смерть клетки происходит в результате накопления повреждений в генетическом аппарате, клеточных мембранах и включения генетической програмированной клеточной смерти – PCD (programmed cell death)

Влияние факторов внешней среды на рост растений Свет Рецепторные молекулы фитохрома опосредуют действие света на морфогенез. Фитохром синтезируется в форме Ф 660, поглощающей красный свет. Под действием красного света он переходит в активную форму Ф 730, поглощающей дальний красный свет. Под действием дальнего красного света и в темноте Ф 730 превращается в Ф 660. Фитохром • изменяет проницаемость клеточных мембран • регулирует движение хлоропластов • влияет на синтез ферментов и стимуляторов гиббереллинов и цитокининов. роста

Влияние факторов внешней среды на рост растений Температура Три основные температурные точки: • минимальная температура, при которой начинается рост • оптимальная – наиболее благоприятная для роста • максимальная, при которой рост прекращается. теплолюбивые (минимальная 10 о. С, оптимальная 30 -40 о. С) температура выше холодостойкие (минимальная оптимальная 25 -30 о. С). температура 0 -5 о. С,

Влияние факторов внешней среды на рост растений Газовый состав Необходим • кислород, так как дыхание поставляет энергию для ростовых процессов • углекислый газ, который в ходе фотосинтеза восстанавливается до органических веществ. Избыток углекислого газа на короткое время повышает растяжимость клеточных стенок и стимулирует рост клеток (эффект «кислого роста» ). Водный режим Недостаточное снабжение растений водой задерживает рост побегов кратковременно стимулирует с последующим торможением рост корней

Влияние факторов внешней среды на рост растений Минеральное питание Для нормального роста необходимо достаточное снабжение всеми питательными элементами Избыток азота стимулирует рост вегетативной массы, но замедляет процессы дифференцировки и формирование цветков

Фитогормоны образуются в процессе обмена веществ растений и оказывают в очень малых количествах регуляторное и координирующее влияние на физиологические процессы в разных органах растения Различают стимуляторы и ингибиторы роста Стимуляторы роста, применяемые в сверхоптимальных дозах, способны подавлять ростовые процессы

Фитогормоны Ауксины Главным представителем ауксинов в растениях является индолил 3 -уксусная кислота (ИУК) Синтезируется из триптофана в верхушке побега. Ауксин • стимулирует деление и растяжение клеток • необходим для образования проводящих пучков и корней • активирует протонную помпу в плазмалемме, что приводит к закислению и разрыхлению клеточной стенки и тем самым способствует росту клеток растяжением. Комплекс ИУК с рецептором транспортируется в ядро и активирует синтез РНК, что в свою очередь приводит к усилению синтеза белков

Фитогормоны Цитокинины образуются путем конденсации аденозин-5 -монофосфата изопентенилпирофосфата в апикальной меристеме корня. и Цитокинины • индуцируют в присутствии ауксина деление клеток • активируют дифференциацию пластид • повышают активность АТФ-синтетазы • способствуют выходу почек, семян и клубней из состояния покоя • предотвращают распад хлорофилла и деградацию клеточных органелл • Ткани, обогащенные цитокининами, обладают высокой аттрагирующей способностью. Комплекс цитокининов с белковым рецептором повышает активность РНКполимеразы и экспрессию генов. При этом увеличивается число полисом и активируется синтез белка

Фитогормоны Гиббереллины В настоящее время известно более 70 гиббереллинов кислой и нейтральной природы. Наиболее известным и распространенным гиббереллином является гибберелловая кислота. Гиббереллины синтезируются из ацетилкоэнзима А в листьях и корнях Гиббереллины • способствуют удлинению стебля • выходу семян из состояния покоя • формированию гранулярного эндоплазматического ретикулума • образованию цветоноса и цветению • активируют деление клеток в апикальных и интеркалярных меристемах • повышают активность ферментов синтеза фосфолипидов. Комплекс гиббереллина с белковым цитоплазматическим рецептором стимулирует синтез нуклеиновых кислот и белка

Фитогормоны Абсцизовая кислота синтезируется в листьях и корневом чехлике двумя путями: из мевалоновой кислоты или путем распада каротиноидов Абсцизовая кислота (АБК) • тормозит рост растений • является антагонистом стимуляторов роста • ускоряет распад нуклеиновых кислот, белков, хлорофилла • ингибирует мембранную протонную помпу Однако АБК • активирует удлинение гипокотиля огурца • образование корней у черенков фасоли АБК накапливается в клетках при неблагоприятных условиях внешней среды, стареющих листьях, покоящихся семенах, в отделительном слое черешков листьев и плодоножек

Фитогормоны Этилен синтезируется из метионина или путем восстановления ацетилена Много его накапливается в стареющих листьях и созревающих плодах Этилен ингибирует рост стеблей и листьев Удлинение стебля тормозится из-за изменения направления роста клеток с продольного на поперечное, что приводит к утолщению стебля. Обработка этиленом • индуцирует корнеобразование • ускоряет созревание плодов • прорастание пыльцы, семян, клубней и луковиц

ДВИЖЕНИЯ РАСТЕНИЙ это перемещение организма или его частей в пространстве Движение необходимо для питания, защиты и размножения растений

ДВИЖЕНИЯ РАСТЕНИЙ Ростовые движения В процессе эволюции у растений возник специфический способ движения за счет необратимого роста клеток растяжением Тропизмы движения растений, обусловленные односторонне действующими факторами среды Они являются следствием более быстрого роста клеток растяжением на одной стороне побега, корня, листа. При положительных тропизмах движение направлено в сторону раздражителя, при отрицательных – от него.

ДВИЖЕНИЯ РАСТЕНИЙ Геотропизм изгибание под действием гравитационного поля Земли вследствие разной скорости роста клеток противоположных сторон органа Восприятие силы тяжести связано с воздействием на плазмалемму и эндоплазматический ретикулум статолитов (амилопласты, хлоропласты, отложения солей) Давление статолитов на мембраны приводит к изменению мембранного транспорта, поляризации клеток: нижняя часть стеблей и корней приобретает суммарный электроположительный заряд активируется транспорт ауксина к нижней стороне органа У стебля это приводит к усилению роста нижней части горизонтально расположенного стебля и его изгиба вверх У клеток корней выше чувствительность к ауксину, поэтому повышенная концентрация ИУК в нижней части корня ингибирует ее рост и верхняя половина растет быстрее, что приводит к изгибу корня вниз

ДВИЖЕНИЯ РАСТЕНИЙ изгибы растений освещения Фототропизм под влиянием одностороннего Затененная сторона этиолированных проростков растет более быстро, так как туда перемещается ауксин В зеленых проростках ауксин не транспортируется на затененную часть побега, но у них в клетках освещенной стороны накапливается ингибитор роста ксантоксин

ДВИЖЕНИЯ РАСТЕНИЙ Хемотропизм ростовая реакция на химические соединения наблюдается у корней, пыльцевых трубок, железистых волосков насекомоядного растения росянки. при низкой концентрации хемотропизм положителен при сверхоптимальной – отрицателен

Ростовые настии движения растений, обусловленные диффузно действующими факторами среды и происходят в результате неравномерного роста клеток растяжением При росте верхней стороны орган изгибается книзу (эпинастия) нижней стороны – кверху (гипонастия)

Ростовые настии Фотонастия вызвана сменой света и темноты У многих растений цветки закрываются при наступлении темноты и открываются утром. Движения цветков происходят из-за разной скорости роста верхней и нижней сторон лепестков при изменении освещенности

Ростовые настии Тигмонастия характерна для лазящих растений, когда усик в ответ на прикосновение закручивается Движение происходит при участии этилена и ауксина, так как обработка ими вызывает закручивание усика без механического раздражения. После прикосновения нижняя сторона усика теряет тургор и становится вогнутой Затем начинает расти верхняя сторона усика, что приводит к его закручиванию

Круговые нутации круговые или колебательные движения органов растения, характерные, в основном, для растущих побегов и корней Они происходят за счет идущих по кругу ускорений роста клеток в результате геотропической корректировки в гравитационном поле

Тургорные обратимые движения замыкающих клеток устьиц Такие же движения характерны для растений, чьи листья имеют специализированные образования в сочленениях между стеблем и черешком, между черешком и пластинкой листа В этих образованиях паренхимные клетки коры, изменяя свой тургор, приводят к складыванию и разгибанию листьев. Различают флексорные и экстензорные клетки Повышение тургора во флексорных клетках приводит к складыванию листьев, в экстензорных – к их разгибанию. Изменения тургора в этих клетках связано с изменениями транспорта сахарозы, ионов калия и хлора в результате деятельности протонных помп Эти движения могут происходить медленно при смене условий освещения (никтинастические или движения сна), при механическом и химическом воздействиях у росянки или с большой скоростью при сотрясении у мимозы, кислицы и других растений

Благодарю за внимание